基于突变理论的采空区重叠顶板稳定性强度折减法及应用

建立基于突变理论的采空区重叠顶板稳定性强度折减法,研究重叠顶板的安全储备。提出采空区重叠顶板安全系数的概念,通过不断折减重叠顶板强度参数,得到不同折减系数下重叠顶板中点的竖向位移序列,建立其竖向位移序列与折减系数的尖点突变模型,以此作为采空区重叠顶板是否失稳的判据。以双层长方体采空区重叠顶板为例,得到不同顶板跨度下,重叠顶板安全系数和厚跨比之间的对数拟合函数,表明重叠顶板安全系数受顶板厚跨比和跨度双重影响。采用基于突变理论的采空区重叠顶板稳定性强度折减法对多层采空区重叠顶板进行稳定性分析,得出上层采空区重叠顶板不稳定会促使下层采空区重叠顶板向不稳定演化。对高峰矿区105#矿体多层复杂采空区重叠顶板稳定性进行分析后可知:除1#,2#采空区重叠顶板外,其余重叠顶板基本稳定,其安全系数在1.50以上。基于突变理论的采空区重叠顶板稳定性强度折减法为研究采空区稳定性提供一种新的研究途径。

基于尖点突变理论的路堤填筑下伏溶洞顶板稳定性研究

为了分析路堤填筑过程中下伏溶洞顶板稳定性,基于尖点突变理论建立稳定性判定的数学模型;以湖南省益娄(益阳—娄底)高速公路岩溶路段地质条件为研究背景,基于上述稳定性判定模型,设计不同厚度的溶洞顶板填筑时的工况,采用FLAC3D软件模拟分析每层路堤填筑时的顶板稳定性变化规律。研究结果表明:随着路堤填筑高度增加,顶板会逐渐发生失稳变形,顶板厚度与路堤极限填筑高度之间呈二次函数关系;当路堤填筑高度超过极限填筑高度时,上部黏土层与顶板的沉降等值线连通,沉降值最大区域从黏土层移动至顶板中部,塑性区向上延伸发展至地表贯通,对路堤建设产生危害。

机械施工荷载作用下采空区顶板稳定性研究

为保证采空区上方作业人员和采掘设备安全,采用力学分析方法,将浅埋采空区顶板概化为固支梁力学结构模型,建立地面机械施工荷载-采空区顶板系统总势能方程。基于突变理论,构建采空区顶板失稳的尖点突变模型,获得采空区顶板突变失稳判据,建立采空区顶板保持稳定情况下机械施工荷载计算模型,并进行实例验证。结果表明:采空区顶板岩梁所受侧向水平推力越大,岩梁弹性模量越小,采空区跨距越大,采空区顶板越容易发生突变失稳,其失稳的必要条件取决于顶板内部特性,与外部作用无关;地面施工荷载作用下采空区顶板失稳的充要条件取决于顶板内部特性和外部作用。

顶板-锚拉支架系统稳定性的突变理论分析

对裂纹顶板系统的稳定性运用突变理论分析 ,其失稳模式可归结为突变理论中的尖点突变模型 ,并由该模型的分叉集方程导得顶板大面积冒落的临界条件。从几何上分析系统参数变化对顶板稳定性的影响 ,发现顶板岩体的流变特性和裂纹顶板应力集中部位的局部破碎累积量是导致顶板冒落的主要因素。锚拉支架的补强作用充分的条件下 ,由系统参数决定的控制点路径无法达到分叉集右分枝 ,顶板冒落的临界条件得不到满足 ,相应顶板处于稳定状态。

基于突变理论的人工假顶设计与安全性分析

伽师铜矿矿体为急倾斜中厚破碎矿体,针对其开采难度大、安全性差的难题,提出了考虑膏体充填的人工假顶高效构筑方案,并且基于突变理论对人工假顶的稳定性进行了分析。该方案在伽师铜矿进行了人工假顶工业试验,人工假顶各项指标满足需求。通过人工假顶现场实施与应用,其稳定性得到验证,并且人工假顶在矿体回采中起到了很好的作用与效果。

特厚急倾斜煤层水平分段开采顶板冒落研究

为了进一步减少由于煤矿开采而引发的冒顶安全事故,对煤矿开采过程中顶板的稳定性进行分析,建立了基于突变理论的特厚急倾斜煤层水平分段开采条件下采空区顶板稳定性分析模型。最后结合具体案例对模型进行了分析和验证,并求出顶板的压缩弹性能,得到顶板冒落破坏计算结果与现场实际情况相吻合,说明模型适用于采空区顶板稳定性的分析。

顶板—锚拉支架系统稳定性的突变理论分析

本文对裂纹顶板系统的稳定性运用突变理论分析 ,其失稳模式可归结为突变理论中的尖点突变模型 ,并由该模型的分叉集方程导得顶板大面积冒落的临界条件。对照分叉集方程的图形 ,从几何上分析系统参数变化对顶板稳定性的影响 ,形象地观察到顶板岩体的流变特性和裂纹顶板应力集中部位的局部破碎累积量是导致顶板冒落的主要因素。在文中图 2所示锚拉支架的补强充分的条件下 ,由系统参数决定的控制点路径无法达到分叉集右分枝 ,顶板冒落的临界条件得不到满足 。

充填开采下顶板-间柱支撑体系的突变失稳分析

对于采用充填法开采的金属矿山,在实际开采过程中往往会形成顶板-间柱支撑体系。为了保证矿山的安全生产,探究充填开采下顶板-间柱支撑体系的破坏机制具有重要意义。在考虑了充填体对间柱侧压作用的基础上,建立了充填开采下顶板-间柱支撑体系的力学模型,在此基础上应用突变理论探究了充填体作用下支撑体系的破坏机制,分析了充填前后支撑体系的结构参数对于采场稳定性的影响。研究结果表明:在岩体力学性质一定的情况下,充填开采下的顶板-间柱支撑体系的稳定性由采场结构参数(顶板厚度、采场跨度、间柱宽度、间柱高度)和上覆荷载、充填体侧压作用共同控制;充填体的加入会降低支撑体系的刚度比,进而提高采场的稳定性;在对支撑体系的结构参数进行优化时,当采场处于未充填状态时,优化顺序应为顶板厚度、采场跨度、间柱宽度、间柱高度;当采场处于充填状态时,优化顺序应为顶板厚度、间柱宽度、采场跨度、间柱高度。将理论推导与数值模拟相结合应用在工程实例上,验证了理论推导的正确性。

基于尖点突变理论的路基下伏溶洞顶板稳定性分析

下伏溶洞顶板结构承载力不足易引发岩溶路基不均匀沉降和沉陷。以新建桂柳高速公路岩溶区路基工程为背景,采用FLAC3D模拟路堤分层填筑下伏溶洞地基的应力应变响应。基于尖点突变理论构建了稳定性判定的数学模型,对比分析了竖向位移、塑性区体积、塑性应变能3种突变判据的适用性,明确了综合考虑拉、压、剪切屈服且将单值的塑性应变能作为顶板失稳的合理判据。进而结合以塑性应变能为准则的尖点突变理论和数值方法,分析了顶板厚度、溶洞跨度、上覆土层厚度、岩石强度参数对岩溶顶板极限承载力的影响。结果表明:溶洞顶板极限承载力随厚跨比、上覆土层厚度、黏聚力和内摩擦角的增加呈近似线性增大,顶板厚度越大、洞跨越小,顶板承载力增加的速率越大;厚跨比超过0.8且尺寸较小的溶洞,上覆土层先于岩层顶板发生屈服破坏;随顶板厚度的增大,上覆土层厚度对溶洞顶板极限承载力的影响增加。并给出了不同安全储备系数下路堤填高与厚跨比之间的关系。该方法可作为溶洞顶板稳定性定量评价的一种新手段,其分析结果可为岩溶路基设计和施工提供依据。

充填体荷载作用下采空区顶板稳定性研究

在金属矿山的回采过程中,充填体下采空区顶板结构普遍存在于利用充填体进行回采的矿山。确定合理厚度在矿山开采过程始末具有重要的安全意义和经济价值。本文合理简化顶板力学模型,运用突变理论分析方法,依据尖点突变模型失稳的充要条件,从而得出充填体荷载作用下采空区顶板厚度的计算式。结合矿山实例,对其合理性进行验证。研究表明:将尖点突变模型运用到顶板结构稳定性分析及顶板厚度设计中是合理可行的。